机械工程学报

作者：黄浩, 单忠德, 张丽娇, 孙正, 郭子桐, 刘检华, 金鹏

单位：1. 北京理工大学机械与车辆学院 北京 100081;2. 南京航空航天大学 南京 210016;3. 中车工业研究院有限公司 北京 100160;4. 北京科技大学材料科学与工程学院 北京 100083;5. 深圳湾实验室生物医学工程研究所 深圳 518132

关键词：异形截面,柔性导向三维织造,力学性能预测,成形工艺,纤维体积分数；

基金：江苏省前沿引领技术基础研究专项(BK20212007)、北京理工大学研究生科研水平和创新能力提升专项计划(2022YCXZ019)、国家轻量化材料成形技术及装备创新中心基金(111902Q-A)和先进成形技术与装备国家重点实验室开放基金(SKL2020001)资助项目。

柔性导向三维织造技术成形构件层间性能强、应用广泛，但受织造过程路径规划和成形工艺的制约，使得织造时间长、构件性能不稳定。同时异形截面构件的复杂性使得原有工艺难以准确成形，且缺少相应的力学性能预测方法，严重阻碍三维织造技术在异形截面构件上的应用。本文深入探究柔性导向三维织造技术的织造机理，提出分区域织造的工艺方案，通过分段拟合逼近截面形状，有效解决了复杂异形截面构件成形难的问题。基于此工艺方案，建立牵引拉杆的宏细观尺度有限元力学性能预测模型，并以细观尺度预测结果为材料属性，分析牵引拉杆轴向承载时的应力状态。进一步建立纤维体积分数模型，分析了XY向纤维体积分数与力学性能之间的关系，为织造过程的形性调控奠定基础。试验结果表明，有限元预测Z向弹性模量的误差在4.2%以内，为异形截面构件的早期设计和工程应用提供基础。

来源：2024年第2期

《机械工程学报》期刊编辑部

查看机械工程学报杂志2024年第2期